Расчет термодинамической эффективности циклов паротурбинных установок (стр. 2 )

, кг/(кВт×ч). (1.12)

Удельный расход теплоты представляет отношение теплоты, подведенной в цикле ПТУ к рабочему телу, к мощности турбины Wт. Расчетное выражение удельного расхода теплоты – величина, обратная КПД цикла ПТУ, для обратимого цикла оно имеет вид

, кДж/кДж. (1.13)

В инженерной практике используют удельный расход теплоты в расчете на киловатт-час произведенной турбиной работы. Выражение удельного расхода теплоты для обратимого цикла ПТУ имеет вид

, кДж/(кВт×ч). (1.14)

1.2. Расчет необратимого цикла ПТУ

Действительный – необратимый цикл ПТУ 1-2’-3-4’ в T, s - и h, s-диаграммах показан на рис.1.3 и 1.4. Необратимость этого цикла характеризуется наличием трения в адиабатных процессах расширения пара в турбине и сжатия воды в насосе. В результате этого процессы 1-2’ и 3-4’ идут в сторону увеличения энтропии.

Параметры в конце необратимых адиабатных процессов обозначаются буквой «i». Так, hкi – энтальпия пара на выходе из турбины; ctпвi – энтальпия воды на выходе из насоса.

Необратимость процесса расширения пара в турбине характеризуется внутренним относительным КПД турбины hoi. Этот КПД определяется экспериментально и представляет отношение действительной работы турбины к теоретической:

. (1.15)

Необратимость процесса сжатия воды в насосе характеризуется адиабатным коэффициентом насоса hн. Этот коэффициент определяется экспериментально и представляет отношение теоретической работы сжатия насоса к действительной:

. (1.16)

Используя внутренний относительный КПД турбины и адиабатный коэффициент насоса, определяют параметры в конце необратимых адиабатных процессов 1-2’ и 3-4’:

;

.

Удельная теплота, подведенная в цикл ПТУ, определяется разностью энтальпий изобарного процесса 4’-1:

. (1.17)

Удельная теплота, отведенная из цикла ПТУ, определяется разностью энтальпий изобарного процесса 2’-3:

. (1.18)

Удельная техническая работа турбины определяется как

. (1.19)

Удельная техническая работа насоса определяется как

. (1.20)

Удельная работа цикла ПТУ определяется разностью

. (1.21)

Тепловая экономичность необратимого цикла ПТУ характеризуется внутренним абсолютным КПД

. (1.22)

Внутренний абсолютный КПД ПТУ без учета работы насоса «нетто» определяется как

. (1.23)

Удельный расход пара на киловатт-час для необратимого цикла ПТУ определяется как

, кг/(кВт·ч). (1.24)

Удельный расход теплоты на киловатт-час для необратимого цикла ПТУ определяется как

, кДж/(кВт·ч). (1.25)

При известных значениях КПД механического hм, характеризующего потери на трение в подшипниках турбины, и электрического генератора hг, характеризующего потери в обмотках статора и ротора генератора, определяются показатели экономичности цикла ПТУ по выработке электрической работы (без учета показателей тепловой экономичности парового котла):

·  электрический КПД цикла ПТУ

; (1.26)

·  удельный расход пара на киловатт-час электрической работы ПТУ

, кг/(кВт×ч); (1.27)

·  удельный расход теплоты на киловатт-час электрической работы ПТУ

, кДж/(кВт×ч). (1.28)

Электрическая мощность ПТУ Wэ и расход пара на турбину D определяются соотношением

. (1.29)

2. Цикл ПТУ с вторичным перегревом пара

Вторичный перегрев пара позволяет увеличить КПД цикла и снизить влажность пара на выходе из части низкого давления турбины (ЧНД). Схематическое изображение цикла ПТУ с вторичным перегревом (ПТУ с ВПП) приведено на рис. 2.1.

Вторичный перегрев пара осуществляется во вторичном пароперегревателе (ВПП), который располагается за частью высокого давления турбины (ЧВД). ВПП конструктивно размещается в паровом котле. Подвод теплоты к пару в ВПП идет при постоянном давлении (рвп = const), которое имеет оптимальное значение. Оптимальное значение рвп выбирается методом вариантных расчетов термического КПД цикла ПТУ в диапазоне рк<рвп<ро при неизменных остальных параметрах цикла. Численное значение оптимального давления вторичного перегрева приблизительно составляет (0,2–0,3)ро.

Изображение обратимого цикла ПТУ с вторичным перегревом пара в T, s - и h, s-диаграммах показано на рис. 2.2 и 2.3. По сравнению с простым циклом ПТУ здесь имеется второй процесс изобарного подвода теплоты 2-3 при рвп = const, а процесс расширения пара в турбине состоит из процессов 1-2 в ЧВД и 3-4 в ЧНД турбины.

Энтальпия пара на выходе из ЧВД турбины (на входе в ВПП) обозначена как hвп’, а на выходе из ВПП (на входе в ЧНД турбины) как hвп”. Температура пара на выходе из ВПП обозначена как tвп. В данном цикле tвп = tо (в общем случае они могут быть не одинаковыми). Остальные обозначения аналогичны простому циклу ПТУ.

 

Цикл данной ПТУ, как и цикл простой ПТУ, состоит из изобарных и адиабатных процессов. Поэтому для его термодинамического расчета необходимо определить энтальпии в характерных точках процессов. Определение энтальпий ho, ctК’, ctпв выполняется аналогично простому циклу ПТУ. Энтальпия hвп’ определяется по so и рвп. Энтальпия hвп” определяется по tвп и рвп, одновременно целесообразно определить sвп. Энтальпия hк определяется по sвпП и рк.

Если давление вторичного перегрева не задано, то его определяют методом вариантных расчетов. Для этого задают величину рвп в диапазоне давлений от ро до рк и рассчитывают при неизменных остальных параметрах термический КПД цикла ПТУ. Далее строится графическая зависимость термического КПД цикла от давления вторичного перегрева (рис. 2.4) и по максимальному значению КПД определяется оптимальное давление вторичного перегрева. Как видно из рис. 2.4, термический КПД в зависимости от значения давления вторичного перегрева может быть больше, меньше или равен термическому КПД цикла без вторичного перегрева пара при аналогичных параметрах рабочего тела.

2.1. Расчет обратимого цикла ПТУ с ВПП

Определение теплоты, подведенной в цикле ПТУ

Теплота подводится к рабочему телу в паровом котле при ро = const (процесс 6-1) и при рвп = const (процесс 2-3) во вторичном пароперегревателе. Она определяется как разница энтальпий этих процессов:

. (2.1)

Теплота, отведенная из цикла ПТУ

Удельная теплота, отведенная в цикле ПТУ от рабочего тела q2, рассчитывается как разница энтальпий изобарного (рк = const) процесса 4-5:

. (2.2)

Техническая работа расширения пара в турбине

Удельная техническая работа паровой турбины определяется как сумма работ ЧВД и ЧНД турбины и рассчитывается в виде разницы энтальпий адиабатных процессов 1-2 и 3-4:

. (2.3)

Техническая работа сжатия воды в насосе

Удельная техническая работа сжатия воды в насосе определяется разницей энтальпий или произведением объема воды на разницу давлений в изоэнтропно-ихорном процессе 5-6:

. (2.4)

В выражении (2.4) для получения единицы измерения работы насоса в килоджоулях на килограмм (кДж/кг) давления необходимо использовать в килопаскалях (кПа).

Работа идеального цикла ПТУ

Удельная работа идеального цикла ПТУ определяется разницей технических работ турбины и насоса или разницей подведенной и отведенной теплоты:

. (2.5)

Термический КПД цикла ПТУ

Термический КПД обратимого цикла ПТУ ht определяется как

. (2.6)